ดาราศาสตร์

เราสามารถแก้ไขศูนย์กลางของดาราจักรบริวารของทางช้างเผือกได้หรือไม่?

เราสามารถแก้ไขศูนย์กลางของดาราจักรบริวารของทางช้างเผือกได้หรือไม่?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ดาราจักรดาวเทียมแคระสองแห่งในดาราจักรของเรามีค่า $frac{ ext{diameter}}{ ext{distance}}$ ขนาดใหญ่ และหนึ่งในนั้นคือ Canis Major Dwarf อยู่ห่างออกไป 8kpc ซึ่งเท่ากับระยะทางที่เราไปถึงใจกลางกาแลคซี

เราสามารถจำกัดมวล (แม้จะไม่หนัก) ของหลุมดำตรงกลางของมันได้หรือไม่? เช่นเดียวกับ Gillessen และคณะ พ.ศ. 2552 บางทีเราอาจพบดาวฤกษ์โคจรรอบหลุมดำใจกลางของพวกมัน


ทางช้างเผือกจับกาแล็กซี่เล็กๆ หลายตัวจากเพื่อนบ้าน

การสร้างภาพจำลองที่ใช้ในการศึกษา ด้านบนซ้ายแสดงสสารมืดเป็นสีขาว ด้านล่างขวาแสดงกาแล็กซีคล้ายเมฆแมเจลแลนขนาดใหญ่จำลองที่มีดาวและก๊าซ และดาราจักรข้างเคียงที่มีขนาดเล็กกว่าหลายกาแล็กซี เครดิต: Ethan Jahn, UC Riverside

การวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียริเวอร์ไซด์แสดงให้เห็นว่าดาราจักรของเรากำลังอยู่ระหว่างการรวมตัวครั้งใหญ่กับดาราจักรดาวเทียมที่ใหญ่ที่สุด นั่นคือ เมฆแมเจลแลนใหญ่

เช่นเดียวกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ กาแล็กซีโคจรรอบกันและกันตามการทำนายของจักรวาลวิทยา

ตัวอย่างเช่น กาแล็กซีดาวเทียมมากกว่า 50 แห่งที่ค้นพบโคจรรอบดาราจักรของเราเอง ทางช้างเผือก กลุ่มที่ใหญ่ที่สุดคือเมฆแมกเจลแลนใหญ่หรือ LMC ซึ่งเป็นดาราจักรแคระขนาดใหญ่ที่มีลักษณะคล้ายเมฆจางในท้องฟ้ายามค่ำคืนของซีกโลกใต้

ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ได้ค้นพบว่ากาแลคซีขนาดเล็กหรือ "แคระ" หลายดวงที่โคจรรอบทางช้างเผือกนั้นน่าจะถูกขโมยไปจาก LMC รวมถึงดาวแคระที่มีแสงน้อยหลายดวง แต่ยังค่อนข้างสว่างและ ดาราจักรดาวเทียมที่มีชื่อเสียง เช่น Carina และ Fornax

นักวิจัยค้นพบโดยใช้ข้อมูลใหม่ที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Gaia เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของดาราจักรใกล้เคียงหลายแห่ง และเปรียบเทียบสิ่งนี้กับการจำลองอุทกพลศาสตร์ของจักรวาลวิทยาอันล้ำสมัย ทีม UC Riverside ใช้ตำแหน่งบนท้องฟ้าและความเร็วที่คาดการณ์ไว้ของวัสดุ เช่น สสารมืด ที่มากับ LMC โดยพบว่ามีดาวแคระที่มีแสงน้อยมากอย่างน้อยสี่ดวงและดาวแคระคลาสสิก 2 ดวง ได้แก่ Carina และ Fornax เคยเป็นดาวเทียมของ LMC นักวิจัยรายงานผ่านกระบวนการควบรวมกิจการอย่างต่อเนื่อง ทางช้างเผือกที่มีมวลมากขึ้นได้ใช้สนามโน้มถ่วงอันทรงพลังเพื่อแยก LMC ออกจากกันและขโมยดาวเทียมเหล่านี้

ลอร่า เซลส์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ ผู้นำด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ กล่าวว่า ผลลัพธ์เหล่านี้เป็นการยืนยันที่สำคัญของแบบจำลองจักรวาลวิทยาของเรา ซึ่งทำนายว่าดาราจักรแคระขนาดเล็กในจักรวาลควรถูกล้อมรอบด้วยกลุ่มดาราจักรที่มีขนาดเล็กกว่า ทีมวิจัย “นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถทำแผนที่ลำดับชั้นของการก่อตัวของโครงสร้างกับดาวแคระที่จางและจางมากได้”

Laura Sales (ขวา) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ UC Riverside พบกับ Ethan Jahn นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเธอที่นี่ เครดิต: กลุ่มขาย UC Riverside

การค้นพบนี้มีนัยสำคัญต่อมวลรวมของ LMC และการก่อตัวของทางช้างเผือกด้วย

“หากดาวแคระจำนวนมากเข้ามาพร้อมกับ LMC เมื่อไม่นานมานี้ แสดงว่าคุณสมบัติของประชากรดาวเทียมทางช้างเผือกเมื่อ 1 พันล้านปีก่อนนั้นแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ส่งผลต่อความเข้าใจของเราว่าดาราจักรที่จางที่สุดก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร” Sales กล่าว

ผลการศึกษาปรากฏในฉบับเดือนพฤศจิกายน 2019 ของ ประกาศประจำเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์.

ดาราจักรแคระเป็นดาราจักรขนาดเล็กที่มีดาวฤกษ์ไม่กี่พันดวงจนถึงหลายพันล้านดวง นักวิจัยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์จากโครงการ Feedback In Realistic Environments เพื่อแสดง LMC และดาราจักรที่คล้ายคลึงกันซึ่งเป็นที่ตั้งของดาราจักรแคระขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งหลายแห่งไม่มีดาวเลย มีเพียงสสารมืดเท่านั้น ซึ่งเป็นสสารประเภทหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าเป็นกลุ่มของ มวลของจักรวาล

“กาแล็กซีแคระขนาดเล็กจำนวนมากดูเหมือนจะบ่งชี้ว่าเนื้อหาของสสารมืดของ LMC นั้นมีขนาดค่อนข้างใหญ่ หมายความว่าทางช้างเผือกกำลังอยู่ระหว่างการควบรวมกิจการครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ โดย LMC ซึ่งเป็นหุ้นส่วนของมันนำมามากถึงหนึ่งในสาม ของมวลในรัศมีสสารมืดของทางช้างเผือก ซึ่งเป็นรัศมีของวัสดุที่มองไม่เห็นซึ่งล้อมรอบกาแลคซีของเรา” อีธาน จาห์น ผู้เขียนบทความฉบับแรกและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในกลุ่มวิจัยของ Sales กล่าว

Jahn อธิบายว่าจำนวนกาแลคซีแคระเล็ก ๆ ที่ LMC เป็นเจ้าภาพอาจสูงกว่าที่นักดาราศาสตร์คาดไว้ก่อนหน้านี้และดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนมากเหล่านี้ไม่มีดาว

“ดาราจักรขนาดเล็กนั้นยากต่อการวัด และเป็นไปได้ว่าดาราจักรแคระที่สว่างมากบางดวงที่รู้จักกันแล้วนั้น ในความเป็นจริงแล้วมีความเกี่ยวข้องกับ LMC” เขากล่าว "ยังเป็นไปได้ที่เราจะค้นพบ ultrafaints ใหม่ ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ LMC"

ดาราจักรแคระอาจเป็นดาวบริวารของดาราจักรขนาดใหญ่ก็ได้ หรือจะ "แยกออก" ก็ได้ ซึ่งดำรงอยู่ได้ด้วยตัวของมันเองและเป็นอิสระจากวัตถุขนาดใหญ่กว่าใดๆ Jahn อธิบาย แต่ LMC เคยถูกโดดเดี่ยว แต่ถูกจับโดยแรงโน้มถ่วงของทางช้างเผือกและตอนนี้เป็นดาวเทียม

“ LMC เป็นเจ้าภาพอย่างน้อยเจ็ดดาราจักรดาวเทียมของมันเอง รวมถึงเมฆแมเจลแลนเล็กในท้องฟ้าทางใต้ ก่อนที่พวกมันจะถูกทางช้างเผือกจับ” เขากล่าว

ต่อไป ทีมงานจะศึกษาว่าดาวเทียมของดาราจักรขนาด LMC ก่อตัวดาวฤกษ์อย่างไร และสัมพันธ์กับมวลสสารมืดที่พวกมันมีมากน้อยเพียงใด

Jahn กล่าวว่า "น่าสนใจที่จะดูว่าพวกมันก่อตัวแตกต่างจากดาวเทียมของดาราจักรคล้ายทางช้างเผือกหรือไม่

ฝ่ายขายและ Jahn เข้าร่วมในการศึกษาวิจัยโดย Andrew Wetzel จาก UC Davis Michael Boylan-Kolchin จาก University of Texas ที่ Austin T. K. Chan จาก UC San Diego Kareem El-Badry จาก UC Berkeley และ Alexandres Lazar และ James S. Bullock จาก UC Irvine

การวิจัยได้รับการสนับสนุนโดยทุนการขายจาก NASA และ Hellman Foundation

ข้อมูลอ้างอิง: “ ดาวเทียมมืดและสว่างของกาแลคซีมวล LMC ในการจำลอง FIRE” โดย Ethan D Jahn, Laura V Sales, Andrew Wetzel, Michael Boylan-Kolchin, TK Chan, Kareem El-Badry, Alexandres Lazar และ James S Bullock , 5 กันยายน 2019, ประกาศประจำเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์.
ดอย: 10.1093/mnras/stz2457


ดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกช่วยทดสอบทฤษฎีสสารมืด

ทีมวิจัยที่นำโดยนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ รายงานว่าดาราจักรบริวารขนาดเล็กของทางช้างเผือกสามารถใช้ทดสอบคุณสมบัติพื้นฐานของ "สสารมืด" ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่เรืองแสงซึ่งคิดเป็น 85% ของสสารในจักรวาล

นักวิจัยได้แสดงทฤษฎีที่เรียกว่าสสารมืดซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ในตัวเองหรือ SIDM โดยใช้การจำลองที่ซับซ้อน สามารถอธิบายการกระจายสสารมืดที่หลากหลายในเดรโกและฟอร์แน็กซ์ได้อย่างน่าสนใจ ซึ่งเป็นกาแลคซีดาวเทียมมากกว่า 50 แห่งที่ค้นพบทางช้างเผือก

ทฤษฎีสสารมืดที่เรียกว่า Cold Dark Matter หรือ CDM อธิบายส่วนใหญ่ของจักรวาล รวมถึงโครงสร้างที่ปรากฎในนั้น แต่ความท้าทายที่มีมายาวนานสำหรับ CDM คือการอธิบายการกระจายสสารมืดที่หลากหลายในกาแลคซี

นักวิจัยนำโดย Hai-Bo Yu และ Laura V. Sales ของ UC Riverside ได้ศึกษาวิวัฒนาการของ SIDM "subhalos" ใน "tidal field" ทางช้างเผือก - การไล่ระดับสีในสนามโน้มถ่วงของทางช้างเผือกที่กาแลคซีดาวเทียมรู้สึก ในรูปของกระแสน้ำ Subhalos เป็นกลุ่มสสารมืดที่โฮสต์กาแลคซี่ดาวเทียม

Yu รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เชี่ยวชาญด้านคุณสมบัติของอนุภาคของสสารมืดกล่าวว่า "เราพบว่า SIDM สามารถสร้างการกระจายสสารมืดได้หลากหลายในรัศมีของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ โดยสอดคล้องกับการสังเกตการณ์" "ใน SIDM ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง subhalos และกระแสน้ำของทางช้างเผือกทำให้เกิดการกระจายตัวของสสารมืดที่หลากหลายมากขึ้นในบริเวณด้านในของ subhalos เมื่อเทียบกับ CDM คู่หูของพวกเขา"

เดรโกและฟอร์แน็กซ์มีเนื้อหาที่ตรงกันข้ามกับสสารมืดภายใน เดรโกมีความหนาแน่นของสสารมืดสูงที่สุดในบรรดาดาราจักรบริวารทางช้างเผือกสว่างทั้ง 9 แห่งที่ฟอร์แน็กซ์มีน้อยที่สุด นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ใช้การวัดทางดาราศาสตร์ขั้นสูงเมื่อเร็วๆ นี้ได้สร้างวิถีโคจรขึ้นใหม่ในทุ่งน้ำขึ้นน้ำลงของทางช้างเผือก

"ความท้าทายของเราคือทำความเข้าใจที่มาของการกระจายสสารมืดที่หลากหลายของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ ในแง่ของวิถีโคจรที่วัดใหม่เหล่านี้" ยูกล่าว "เราพบว่า SIDM สามารถให้คำอธิบายได้หลังจากพิจารณาถึงผลกระทบจากกระแสน้ำและการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืด"

ผลการศึกษาปรากฏในจดหมายทบทวนทางกายภาพ

ธรรมชาติของสสารมืดยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ต่างจากวัตถุทั่วไปตรงที่มันไม่ดูดซับ สะท้อน หรือเปล่งแสง ทำให้ตรวจจับได้ยาก การระบุธรรมชาติของสสารมืดเป็นภารกิจหลักในฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ใน CDM อนุภาคของสสารมืดจะถือว่าไม่มีการชนกัน และกาแลคซีทุกแห่งจะอยู่ภายในรัศมีของสสารมืดที่สร้างโครงนั่งร้านแรงโน้มถ่วงที่ยึดไว้ด้วยกัน ใน SIDM สสารมืดได้รับการเสนอให้มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองผ่านพลังแห่งความมืดแบบใหม่ สันนิษฐานว่าอนุภาคสสารมืดชนกันอย่างรุนแรงในรัศมีชั้นใน ใกล้กับใจกลางดาราจักร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืด

"งานของเราแสดงให้เห็นว่าดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกอาจให้การทดสอบที่สำคัญของทฤษฎีสสารมืดที่แตกต่างกัน" Sales ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มีความเชี่ยวชาญในการจำลองเชิงตัวเลขของการก่อตัวกาแลคซีกล่าว "เราแสดงให้เห็นการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างปฏิสัมพันธ์กับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำสามารถสร้างลายเซ็นใหม่ใน SIDM ที่ไม่คาดหวังในทฤษฎี CDM ที่มีอยู่"

ในงานของพวกเขา นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้การจำลองเชิงตัวเลขที่เรียกว่า "การจำลอง N-body" และได้รับสัญชาตญาณอันมีค่าผ่านการสร้างแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ก่อนที่จะเรียกใช้การจำลอง

"การจำลองของเราเผยให้เห็นถึงพลวัตที่แปลกใหม่เมื่อ SIDM subhalo วิวัฒนาการในเขตน้ำขึ้นน้ำลง" Omid Sameie อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา UCR ที่ทำงานร่วมกับ Yu และ Sales และปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินซึ่งทำงานเกี่ยวกับการจำลองเชิงตัวเลขของ การก่อตัวของกาแลคซี "คิดว่าการสังเกตของเดรโกไม่สอดคล้องกับการคาดการณ์ของ SIDM แต่เราพบว่า subhalo ใน SIDM สามารถสร้างความหนาแน่นของสสารมืดสูงเพื่ออธิบายเดรโกได้"

ฝ่ายขายอธิบาย SIDM คาดการณ์ปรากฏการณ์พิเศษที่เรียกว่า "การล่มสลายของแกนกลาง" ในบางสถานการณ์ ส่วนด้านในของรัศมีจะยุบตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและทำให้เกิดความหนาแน่นสูง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับความคาดหวังตามปกติที่ปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดทำให้เกิดรัศมีความหนาแน่นต่ำ ฝ่ายขายกล่าวว่าการจำลองของทีมระบุเงื่อนไขสำหรับการยุบตัวของแกนกลางที่จะเกิดขึ้นใน subhalos

"เพื่ออธิบายความหนาแน่นของสสารมืดที่สูงของเดรโก ความเข้มข้นของรัศมีเริ่มต้นต้องสูง" เธอกล่าว "ต้องมีการกระจายมวลสสารมืดมากขึ้นในรัศมีชั้นใน แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นจริงสำหรับทั้ง CDM และ SIDM สำหรับ SIDM ปรากฏการณ์การยุบตัวของแกนกลางจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีความเข้มข้นสูงเท่านั้น ดังนั้นช่วงเวลาการยุบตัวจะน้อยกว่าอายุ จักรวาล ในทางกลับกัน Fornax มี subhalo ที่มีความเข้มข้นต่ำและด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นจึงยังคงต่ำ "

นักวิจัยเน้นย้ำว่างานปัจจุบันของพวกเขามุ่งเน้นไปที่ SIDM เป็นหลัก และไม่ได้ทำการประเมินที่สำคัญว่า CDM สามารถอธิบายทั้ง Draco และ Fornax ได้ดีเพียงใด

หลังจากที่ทีมใช้การจำลองเชิงตัวเลขเพื่อพิจารณาการโต้ตอบแบบไดนามิกระหว่างการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำอย่างเหมาะสม นักวิจัยได้สังเกตเห็นผลลัพธ์ที่โดดเด่น

"สสารมืดกลางของ SIDM subhalo อาจเพิ่มขึ้นซึ่งตรงกันข้ามกับความคาดหวังตามปกติ" Sameie กล่าว "สิ่งสำคัญคือ การจำลองของเราระบุเงื่อนไขสำหรับปรากฏการณ์นี้ที่จะเกิดขึ้นใน SIDM และเราแสดงให้เห็นว่ามันสามารถอธิบายการสังเกตของเดรโกได้"

ทีมวิจัยวางแผนที่จะขยายการศึกษาไปยังดาราจักรบริวารอื่น ๆ รวมถึงดาราจักรที่มีแสงน้อยมาก

Yu, Sales และ Sameie เข้าร่วมการศึกษาโดย Mark Vogelsberger จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และ Jesús Zavala จากมหาวิทยาลัยไอซ์แลนด์ Sameie เป็นผู้เขียนบทความวิจัยฉบับแรก


ดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกช่วยทดสอบทฤษฎีสสารมืด

ทีมวิจัยที่นำโดยนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ รายงานว่าดาราจักรบริวารขนาดเล็กของทางช้างเผือกสามารถใช้ทดสอบคุณสมบัติพื้นฐานของ "สสารมืด" ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่เรืองแสงซึ่งคิดเป็น 85% ของสสารในจักรวาล

นักวิจัยได้แสดงทฤษฎีที่เรียกว่าสสารมืดซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ในตัวเองหรือ SIDM โดยใช้การจำลองที่ซับซ้อน สามารถอธิบายการกระจายสสารมืดที่หลากหลายในเดรโกและฟอร์แน็กซ์ได้อย่างน่าสนใจ ซึ่งเป็นกาแลคซีดาวเทียมมากกว่า 50 แห่งที่ค้นพบทางช้างเผือก

ทฤษฎีสสารมืดที่เรียกว่า Cold Dark Matter หรือ CDM อธิบายส่วนใหญ่ของจักรวาล รวมถึงโครงสร้างที่ปรากฎในนั้น แต่ความท้าทายที่มีมายาวนานสำหรับ CDM คือการอธิบายการกระจายสสารมืดที่หลากหลายในกาแลคซี

นักวิจัยนำโดย Hai-Bo Yu และ Laura V. Sales ของ UC Riverside ได้ศึกษาวิวัฒนาการของ SIDM "subhalos" ใน "tidal field" ทางช้างเผือก - การไล่ระดับสีในสนามโน้มถ่วงของทางช้างเผือกที่กาแลคซีดาวเทียมรู้สึก ในรูปของกระแสน้ำ Subhalos เป็นกลุ่มสสารมืดที่โฮสต์กาแลคซี่ดาวเทียม

Yu รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เชี่ยวชาญด้านคุณสมบัติของอนุภาคของสสารมืดกล่าวว่า "เราพบว่า SIDM สามารถสร้างการกระจายสสารมืดได้หลากหลายในรัศมีของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ โดยสอดคล้องกับการสังเกตการณ์" "ใน SIDM ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง subhalos และกระแสน้ำของทางช้างเผือกทำให้เกิดการกระจายตัวของสสารมืดที่หลากหลายมากขึ้นในบริเวณด้านในของ subhalos เมื่อเทียบกับ CDM คู่หูของพวกเขา"

เดรโกและฟอร์แน็กซ์มีเนื้อหาที่ตรงกันข้ามกับสสารมืดภายใน เดรโกมีความหนาแน่นของสสารมืดสูงที่สุดในบรรดาดาราจักรบริวารทางช้างเผือกสว่างทั้ง 9 แห่งที่ฟอร์แน็กซ์มีน้อยที่สุด นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ใช้การวัดทางดาราศาสตร์ขั้นสูงเมื่อเร็วๆ นี้ได้สร้างวิถีโคจรขึ้นใหม่ในทุ่งน้ำขึ้นน้ำลงของทางช้างเผือก

"ความท้าทายของเราคือทำความเข้าใจที่มาของการกระจายสสารมืดที่หลากหลายของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ ในแง่ของวิถีโคจรที่วัดใหม่เหล่านี้" ยูกล่าว "เราพบว่า SIDM สามารถให้คำอธิบายได้หลังจากพิจารณาถึงผลกระทบจากกระแสน้ำและการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืด"

ผลการศึกษาปรากฏใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ

ธรรมชาติของสสารมืดยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ต่างจากวัตถุทั่วไปตรงที่มันไม่ดูดซับ สะท้อน หรือเปล่งแสง ทำให้ตรวจจับได้ยาก การระบุธรรมชาติของสสารมืดเป็นภารกิจหลักในฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ใน CDM อนุภาคของสสารมืดจะไม่มีการชนกัน และกาแลคซีทุกแห่งจะอยู่ภายในรัศมีของสสารมืดที่ก่อตัวเป็นโครงแรงโน้มถ่วงที่ยึดไว้ด้วยกัน ใน SIDM สสารมืดได้รับการเสนอให้มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองผ่านพลังแห่งความมืดแบบใหม่ สันนิษฐานว่าอนุภาคสสารมืดชนกันอย่างรุนแรงในรัศมีชั้นใน ใกล้กับใจกลางดาราจักร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืด

"งานของเราแสดงให้เห็นว่าดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกอาจให้การทดสอบที่สำคัญของทฤษฎีสสารมืดที่แตกต่างกัน" Sales ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มีความเชี่ยวชาญในการจำลองเชิงตัวเลขของการก่อตัวกาแลคซีกล่าว "เราแสดงให้เห็นการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างปฏิสัมพันธ์กับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำสามารถสร้างลายเซ็นใหม่ใน SIDM ที่ไม่คาดหวังในทฤษฎี CDM ที่มีอยู่"

ในงานของพวกเขา นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้การจำลองเชิงตัวเลขที่เรียกว่า "การจำลอง N-body" และได้รับสัญชาตญาณอันมีค่าผ่านการสร้างแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ก่อนที่จะเรียกใช้การจำลอง

"การจำลองของเราเผยให้เห็นพลวัตที่แปลกใหม่เมื่อ SIDM subhalo วิวัฒนาการในเขตน้ำขึ้นน้ำลง" Omid Sameie อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา UCR ที่ทำงานร่วมกับ Yu และ Sales และปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินซึ่งทำงานเกี่ยวกับการจำลองเชิงตัวเลขของ การก่อตัวของกาแลคซี "คิดว่าการสังเกตของเดรโกไม่สอดคล้องกับการคาดการณ์ของ SIDM แต่เราพบว่า subhalo ใน SIDM สามารถสร้างความหนาแน่นของสสารมืดสูงเพื่ออธิบายเดรโกได้"

ฝ่ายขายอธิบาย SIDM คาดการณ์ปรากฏการณ์พิเศษที่เรียกว่า "การล่มสลายของแกนกลาง" ในบางสถานการณ์ ส่วนด้านในของรัศมีจะยุบตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและทำให้เกิดความหนาแน่นสูง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับความคาดหวังปกติที่ว่าปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดทำให้เกิดรัศมีความหนาแน่นต่ำ ฝ่ายขายกล่าวว่าการจำลองของทีมระบุเงื่อนไขสำหรับการยุบตัวของแกนกลางที่จะเกิดขึ้นใน subhalos

"เพื่ออธิบายความหนาแน่นของสสารมืดที่สูงของเดรโก ความเข้มข้นของรัศมีเริ่มต้นต้องสูง" เธอกล่าว "ต้องมีการกระจายมวลสสารมืดมากขึ้นในรัศมีชั้นใน แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นจริงสำหรับทั้ง CDM และ SIDM สำหรับ SIDM ปรากฏการณ์การยุบตัวของแกนกลางจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีความเข้มข้นสูงเท่านั้น ดังนั้นช่วงเวลาการยุบตัวจะน้อยกว่าอายุ จักรวาล ในทางกลับกัน Fornax มี subhalo ที่มีความเข้มข้นต่ำและด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นจึงยังคงต่ำ "

นักวิจัยเน้นย้ำว่างานปัจจุบันของพวกเขามุ่งเน้นไปที่ SIDM เป็นหลัก และไม่ได้ทำการประเมินที่สำคัญว่า CDM สามารถอธิบายทั้ง Draco และ Fornax ได้ดีเพียงใด

หลังจากที่ทีมใช้การจำลองเชิงตัวเลขเพื่อพิจารณาการโต้ตอบแบบไดนามิกระหว่างการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำอย่างเหมาะสม นักวิจัยได้สังเกตเห็นผลลัพธ์ที่โดดเด่น

"สสารมืดกลางของ SIDM subhalo อาจเพิ่มขึ้นซึ่งตรงกันข้ามกับความคาดหวังตามปกติ" Sameie กล่าว "สิ่งสำคัญคือ การจำลองของเราระบุเงื่อนไขสำหรับปรากฏการณ์นี้ที่จะเกิดขึ้นใน SIDM และเราแสดงให้เห็นว่ามันสามารถอธิบายการสังเกตของเดรโกได้"

ทีมวิจัยวางแผนที่จะขยายการศึกษาไปยังดาราจักรบริวารอื่น ๆ รวมถึงดาราจักรที่มีแสงน้อยมาก


หลักฐานใหม่ว่าทางช้างเผือกมารวมกันได้อย่างไรและเมื่อไหร่

งานวิจัยใหม่ให้หลักฐานที่ดีที่สุดเกี่ยวกับช่วงเวลาที่ทางช้างเผือกช่วงแรกของเรามารวมตัวกัน รวมถึงการควบรวมกิจการกับดาราจักรดาวเทียมที่สำคัญ

นักวิจัยสามารถระบุอายุที่แม่นยำที่สุดในปัจจุบันสำหรับตัวอย่างดาวยักษ์แดงประมาณร้อยดวงในกาแลคซีโดยใช้วิธีการที่ค่อนข้างใหม่

ด้วยข้อมูลนี้และข้อมูลอื่น ๆ นักวิจัยสามารถแสดงให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อทางช้างเผือกรวมตัวกับดาราจักรดาวเทียมที่โคจรรอบที่เรียกว่าไกอา-เอนเซลาดัสเมื่อประมาณ 10 พันล้านปีก่อน

ผลงานของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวันนี้ (17 พฤษภาคม 2021) ในวารสาร ดาราศาสตร์ธรรมชาติ.

Fiorenzo Vincenzo ผู้ร่วมวิจัยและเพื่อนในศูนย์จักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ กล่าวว่า "หลักฐานของเราชี้ให้เห็นว่าเมื่อเกิดการควบรวมกิจการ ทางช้างเผือกได้สร้างประชากรดาวฤกษ์จำนวนมากขึ้นแล้ว"

ดาวฤกษ์ที่ "ทำเอง" เหล่านี้จำนวนมากลงเอยที่จานหนากลางดาราจักร ในขณะที่ส่วนใหญ่ที่ถูกจับจากไกอา-เอนเซลาดัสจะอยู่ในรัศมีรอบนอกของดาราจักร

Josefina Montalban ร่วมกับ School of Physics and Astronomy แห่งมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในสหราชอาณาจักรกล่าวว่า "การรวมตัวกับ Gaia-Enceladus ถือเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ของทางช้างเผือก ซึ่งเป็นผู้นำโครงการ

โดยการคำนวณอายุของดวงดาว นักวิจัยสามารถระบุได้เป็นครั้งแรกว่าดาวที่ถ่ายจากไกอา-เอนเซลาดัสมีอายุใกล้เคียงกันหรืออายุน้อยกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับดาวส่วนใหญ่ที่เกิดในทางช้างเผือก

การควบรวมกิจการอย่างรุนแรงระหว่างสองกาแลคซี่ช่วยอะไรไม่ได้นอกจากทำให้ทุกอย่างสั่นคลอน Vincenzo กล่าว ผลการวิจัยพบว่าการควบรวมกิจการเปลี่ยนวงโคจรของดาวฤกษ์ที่มีอยู่แล้วในดาราจักร ทำให้พวกเขามีความประหลาดมากขึ้น

Vincenzo เปรียบเทียบการเคลื่อนไหวของดวงดาวกับการเต้น โดยที่ดวงดาวจากอดีตกาลไกอา-เอนเซลาดัสจะเคลื่อนไหวต่างไปจากที่เกิดภายในทางช้างเผือก วินเชนโซกล่าวว่าดาวฤกษ์ "แต่งตัว" ต่างกัน โดยที่ดาวจากภายนอกแสดงองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างจากดาวที่เกิดภายในทางช้างเผือก

นักวิจัยได้ใช้แนวทางและแหล่งข้อมูลต่างๆ มากมายเพื่อดำเนินการศึกษา

วิธีหนึ่งที่นักวิจัยสามารถระบุอายุของดาวฤกษ์ได้อย่างแม่นยำเช่นนี้ก็คือการใช้ asteroseismology ซึ่งเป็นสนามที่ค่อนข้างใหม่ที่ตรวจสอบโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์

นักดาราศาสตร์ศึกษาศึกษาการสั่นของดาว ซึ่งเป็นคลื่นเสียงที่กระเพื่อมผ่านภายในของพวกมัน Mathieu Vrard นักวิจัยด้านดุษฏีบัณฑิตในภาควิชาดาราศาสตร์ของรัฐโอไฮโอกล่าว

"นั่นช่วยให้เราสามารถระบุอายุของดาวฤกษ์ได้อย่างแม่นยำมาก ซึ่งมีความสำคัญในการกำหนดลำดับเหตุการณ์เมื่อเกิดเหตุการณ์ในทางช้างเผือกตอนต้น" วาร์ดกล่าว

การศึกษายังใช้การสำรวจทางสเปกโตรสโกปีที่เรียกว่า APOGEE ซึ่งให้องค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นอีกปัจจัยหนึ่งในการกำหนดอายุของดาว

"เราได้แสดงศักยภาพอันยิ่งใหญ่ของ asteroseismology ร่วมกับสเปกโทรสโกปี จนถึงอายุของดาวฤกษ์แต่ละดวง" Montalban กล่าว

นักวิจัยกล่าวว่าการศึกษานี้เป็นเพียงก้าวแรก

"ตอนนี้เราตั้งใจที่จะใช้วิธีนี้กับกลุ่มตัวอย่างดาวขนาดใหญ่ และรวมคุณลักษณะที่ละเอียดยิ่งขึ้นของสเปกตรัมความถี่" Vincenzo กล่าว

“ในที่สุด สิ่งนี้จะนำไปสู่มุมมองที่คมชัดยิ่งขึ้นของประวัติศาสตร์การรวมตัวและวิวัฒนาการของทางช้างเผือก ทำให้เกิดไทม์ไลน์ว่าดาราจักรของเราพัฒนาขึ้นอย่างไร”

งานนี้เป็นผลมาจากโครงการ Asterochronometry ที่ร่วมมือกันซึ่งได้รับทุนจาก European Research Council


ดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกช่วยทดสอบทฤษฎีสสารมืด

ทีมวิจัยที่นำโดยนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ รายงานว่าดาราจักรบริวารขนาดเล็กของทางช้างเผือกสามารถใช้ทดสอบคุณสมบัติพื้นฐานของ "สสารมืด" ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่เรืองแสงซึ่งคิดเป็น 85% ของสสารในจักรวาล

นักวิจัยได้แสดงทฤษฎีที่เรียกว่าสสารมืดที่มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองหรือ SIDM โดยใช้การจำลองที่ซับซ้อน สามารถอธิบายการกระจายของสสารมืดที่หลากหลายในเดรโกและฟอร์แน็กซ์ได้อย่างน่าสนใจ ซึ่งเป็นกาแลคซีดาวเทียมมากกว่า 50 แห่งที่ค้นพบทางช้างเผือกสองแห่งทางช้างเผือก

ทฤษฎีสสารมืดที่เรียกว่า Cold Dark Matter หรือ CDM อธิบายส่วนใหญ่ของจักรวาล รวมถึงโครงสร้างที่ปรากฎในนั้น แต่ความท้าทายที่มีมายาวนานสำหรับ CDM คือการอธิบายการกระจายสสารมืดที่หลากหลายในกาแลคซี

นักวิจัยนำโดย Hai-Bo Yu และ Laura V. Sales ของ UC Riverside ได้ศึกษาวิวัฒนาการของ SIDM "subhalos" ใน "tidal field" ทางช้างเผือก - ความลาดชันในสนามโน้มถ่วงของทางช้างเผือกที่กาแลคซีดาวเทียมรู้สึกได้ รูปแบบของกระแสน้ำ Subhalos เป็นกลุ่มสสารมืดที่โฮสต์กาแลคซี่ดาวเทียม

"เราพบว่า SIDM สามารถสร้างการกระจายตัวของสสารมืดได้หลากหลายในรัศมีของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ โดยสอดคล้องกับการสังเกตการณ์" ยู รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่เชี่ยวชาญด้านคุณสมบัติของอนุภาคของสสารมืดกล่าว "ใน SIDM ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง subhalos และกระแสน้ำของทางช้างเผือกทำให้เกิดการกระจายตัวของสสารมืดที่หลากหลายมากขึ้นในบริเวณด้านในของ subhalos เมื่อเทียบกับคู่ CDM"

เดรโกและฟอร์แน็กซ์มีเนื้อหาที่ตรงกันข้ามกับสสารมืดภายใน เดรโกมีความหนาแน่นของสสารมืดสูงที่สุดในบรรดาดาราจักรบริวารทางช้างเผือกสว่างทั้ง 9 แห่งที่ฟอร์แน็กซ์มีน้อยที่สุด นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ใช้การวัดทางดาราศาสตร์ขั้นสูงเมื่อเร็วๆ นี้ได้สร้างวิถีโคจรขึ้นใหม่ในทุ่งน้ำขึ้นน้ำลงของทางช้างเผือก

“ความท้าทายของเราคือทำความเข้าใจต้นกำเนิดของการกระจายสสารมืดที่หลากหลายของเดรโกและฟอร์แน็กซ์ ในแง่ของวิถีโคจรที่วัดใหม่เหล่านี้” ยูกล่าว “เราพบว่า SIDM สามารถให้คำอธิบายได้หลังจากพิจารณาถึงผลกระทบจากกระแสน้ำและการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืด”

ผลการศึกษาปรากฏในจดหมายทบทวนทางกายภาพ

ธรรมชาติของสสารมืดยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ต่างจากวัตถุทั่วไปตรงที่มันไม่ดูดซับ สะท้อน หรือเปล่งแสง ทำให้ตรวจจับได้ยาก การระบุธรรมชาติของสสารมืดเป็นภารกิจหลักในฟิสิกส์อนุภาคและฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ใน CDM อนุภาคของสสารมืดจะถือว่าไม่มีการชนกัน และกาแลคซีทุกแห่งจะอยู่ภายในรัศมีของสสารมืดที่สร้างโครงนั่งร้านแรงโน้มถ่วงที่ยึดไว้ด้วยกัน ใน SIDM สสารมืดได้รับการเสนอให้มีปฏิสัมพันธ์กับตัวเองผ่านพลังแห่งความมืดแบบใหม่ สันนิษฐานว่าอนุภาคสสารมืดชนกันอย่างรุนแรงในรัศมีชั้นใน ใกล้กับใจกลางดาราจักร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าปฏิสัมพันธ์กับตนเองของสสารมืด

Sales ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่เชี่ยวชาญด้านการจำลองเชิงตัวเลขของการก่อตัวดาราจักร กล่าวว่า "งานของเราแสดงให้เห็นว่าดาราจักรดาวเทียมของทางช้างเผือกอาจเป็นการทดสอบที่สำคัญของทฤษฎีสสารมืดต่างๆ “เราแสดงให้เห็นการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำ สามารถสร้างลายเซ็นใหม่ใน SIDM ที่ไม่คาดคิดในทฤษฎี CDM ที่มีอยู่ทั่วไป”

ในงานของพวกเขา นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้การจำลองเชิงตัวเลขที่เรียกว่า "การจำลอง N-body" และได้รับสัญชาตญาณอันมีค่าผ่านการสร้างแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ก่อนที่จะเรียกใช้การจำลอง

Omid Sameie อดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UCR ที่ทำงานร่วมกับ Yu และ Sales และปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในออสตินซึ่งทำงานเกี่ยวกับการจำลองเชิงตัวเลขของกล่าวว่า "การจำลองของเราเผยให้เห็นถึงพลวัตที่แปลกใหม่เมื่อ SIDM subhalo วิวัฒนาการในเขตน้ำขึ้นน้ำลง การก่อตัวของกาแลคซี “คิดว่าการสังเกตของเดรโกไม่สอดคล้องกับการคาดการณ์ของ SIDM แต่เราพบว่า subhalo ใน SIDM สามารถสร้างความหนาแน่นของสสารมืดได้สูงเพื่ออธิบายเดรโก”

ฝ่ายขายอธิบาย SIDM คาดการณ์ปรากฏการณ์พิเศษที่เรียกว่า "การล่มสลายของแกนกลาง" ในบางสถานการณ์ ส่วนด้านในของรัศมีจะยุบตัวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและทำให้เกิดความหนาแน่นสูง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับความคาดหวังตามปกติที่ปฏิกิริยาโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดทำให้เกิดรัศมีความหนาแน่นต่ำ ฝ่ายขายกล่าวว่าการจำลองของทีมระบุเงื่อนไขสำหรับการยุบตัวของแกนกลางที่จะเกิดขึ้นใน subhalos

“เพื่ออธิบายความหนาแน่นของสสารมืดที่สูงของเดรโก ความเข้มข้นของรัศมีเริ่มต้นต้องสูง” เธอกล่าว “จำเป็นต้องกระจายมวลสสารมืดเพิ่มเติมในรัศมีด้านใน แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นจริงสำหรับทั้ง CDM และ SIDM สำหรับ SIDM ปรากฏการณ์แกนยุบตัวสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อความเข้มข้นสูงเท่านั้น ดังนั้นช่วงเวลาการยุบตัวจะน้อยกว่าอายุของจักรวาล ในทางกลับกัน Fornax มี subhalo ที่มีความเข้มข้นต่ำและด้วยเหตุนี้ความหนาแน่นจึงยังคงต่ำ”

นักวิจัยเน้นย้ำว่างานปัจจุบันของพวกเขามุ่งเน้นไปที่ SIDM เป็นหลัก และไม่ได้ทำการประเมินที่สำคัญว่า CDM สามารถอธิบายทั้ง Draco และ Fornax ได้ดีเพียงใด

หลังจากที่ทีมใช้การจำลองเชิงตัวเลขเพื่อพิจารณาการโต้ตอบแบบไดนามิกระหว่างการโต้ตอบกับตนเองของสสารมืดและปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำอย่างเหมาะสม นักวิจัยได้สังเกตเห็นผลลัพธ์ที่โดดเด่น

“สสารมืดส่วนกลางของ SIDM subhalo อาจเพิ่มขึ้น ตรงกันข้ามกับความคาดหวังตามปกติ” Sameie กล่าว “ที่สำคัญ การจำลองของเราระบุเงื่อนไขสำหรับปรากฏการณ์นี้ที่จะเกิดขึ้นใน SIDM และเราแสดงให้เห็นว่ามันสามารถอธิบายการสังเกตของเดรโกได้”

ทีมวิจัยวางแผนที่จะขยายการศึกษาไปยังดาราจักรบริวารอื่น ๆ รวมถึงดาราจักรแสงน้อย

Yu, Sales และ Sameie เข้าร่วมการศึกษาโดย Mark Vogelsberger จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และ Jesús Zavala จากมหาวิทยาลัยไอซ์แลนด์ Sameie เป็นผู้เขียนบทความวิจัยฉบับแรกซึ่งมีชื่อว่า "Self-Interacting Dark Matter Subhalos in the Milky Way's Tides"


นักดาราศาสตร์ค้นพบกาแลคซีแคระที่โคจรรอบทางช้างเผือก

เมฆมาเจลแลนและกล้องโทรทรรศน์เสริมที่หอดูดาวพารานัลในทะเลทรายอาตากามาในชิลี มีดาวเทียมที่เพิ่งค้นพบใหม่เพียง 6 จาก 9 ดวงในภาพนี้ อีกสามคนอยู่นอกขอบเขตการมองเห็น สิ่งที่ใส่เข้าไปจะแสดงภาพของวัตถุสามชิ้นที่มองเห็นได้มากที่สุด (Eridanus 1, Horologium 1 และ Pictoris 1) และมีความยาว 13吉 arcminutes บนท้องฟ้า (หรือ 3000� DECam พิกเซล)

นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ระบุดาวเทียมแคระใหม่ 9 ดวงที่โคจรรอบทางช้างเผือก ซึ่งเป็นจำนวนที่มากที่สุดที่เคยค้นพบในคราวเดียว

นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบ 'ขุมสมบัติ' ของดาราจักรดาวเทียมแคระหายากที่โคจรรอบทางช้างเผือกของเรา การค้นพบอาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจสสารมืด ซึ่งเป็นสารลึกลับที่ยึดกาแลคซีของเราไว้ด้วยกัน

ผลลัพธ์ใหม่นี้ยังเป็นการค้นพบครั้งแรกของดาราจักรแคระ ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าขนาดเล็กที่โคจรรอบกาแลคซีที่ใหญ่กว่า ในทศวรรษที่ผ่านมา หลังจากที่พบหลายสิบแห่งในปี 2548 และ 2549 บนท้องฟ้าเหนือซีกโลกเหนือ ดาวเทียมดวงใหม่ถูกพบในซีกโลกใต้ใกล้กับเมฆแมคเจลแลนใหญ่และเล็ก ซึ่งเป็นดาราจักรแคระที่ใหญ่ที่สุดและเป็นที่รู้จักมากที่สุดในวงโคจรของทางช้างเผือก

ผลการวิจัยของเคมบริดจ์กำลังได้รับการเปิดเผยร่วมกันในวันนี้พร้อมกับผลการสำรวจแยกโดยนักดาราศาสตร์กับ Dark Energy Survey ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่ห้องปฏิบัติการ Fermi National Accelerator Laboratory ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ทั้งสองทีมใช้ข้อมูลที่เปิดเผยต่อสาธารณะในช่วงปีแรกของการสำรวจพลังงานมืดเพื่อดำเนินการวิเคราะห์

วัตถุที่เพิ่งค้นพบมีความสว่างน้อยกว่าทางช้างเผือกถึงพันล้านเท่าและมีมวลน้อยกว่าล้านเท่า ระยะที่ใกล้ที่สุดอยู่ห่างออกไปประมาณ 95,000 ปีแสง ในขณะที่ระยะที่ไกลที่สุดอยู่ห่างออกไปมากกว่าหนึ่งล้านปีแสง

ตามที่ทีมเคมบริดจ์ระบุ วัตถุสามชิ้นที่ค้นพบนั้นเป็นดาราจักรแคระที่แน่นอน ในขณะที่วัตถุอื่นๆ อาจเป็นดาราจักรแคระหรือกระจุกดาวทรงกลม ซึ่งเป็นวัตถุที่มีคุณสมบัติที่มองเห็นได้คล้ายกับดาราจักรแคระ แต่ไม่มีสสารมืด

ดร.เซอร์เกย์ โคโปซอฟ จากสถาบันดาราศาสตร์แห่งเคมบริดจ์ หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า “การค้นพบดาวเทียมจำนวนมากในพื้นที่เล็กๆ บนท้องฟ้านั้นเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง” “ฉันไม่อยากจะเชื่อสายตาตัวเองเลย”

ดาราจักรแคระเป็นโครงสร้างดาราจักรที่เล็กที่สุดที่สังเกตพบ โดยที่จางที่สุดมีดาวฤกษ์เพียง 5,000 ดวง - ทางช้างเผือกมีดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวง แบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานของจักรวาลทำนายการมีอยู่ของดาราจักรแคระหลายร้อยดวงที่โคจรรอบทางช้างเผือก แต่ความทึบและขนาดที่เล็กทำให้หาได้ยากอย่างเหลือเชื่อ แม้แต่ใน "สนามหลังบ้าน" ของเราเอง

Alex Drlica-Wagner จาก Fermilab หนึ่งในผู้นำด้านการวิเคราะห์สำรวจพลังงานมืดกล่าวว่า "เนื้อหาสสารมืดขนาดใหญ่ในกาแลคซีทางช้างเผือกทำให้เกิดผลลัพธ์ที่สำคัญสำหรับทั้งดาราศาสตร์และฟิสิกส์

เนื่องจากพวกมันประกอบด้วยสสารมืดสูงถึง 99 เปอร์เซ็นต์และสสารที่สังเกตได้เพียงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ ดาราจักรแคระจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบว่าแบบจำลองสสารมืดที่มีอยู่นั้นถูกต้องหรือไม่ สสารมืดซึ่งประกอบขึ้นเป็น 25 เปอร์เซ็นต์ของสสารและพลังงานทั้งหมดในจักรวาลของเรานั้นมองไม่เห็น และทำให้ทราบการมีอยู่ของมันผ่านแรงดึงโน้มถ่วงเท่านั้น

"ดาวเทียมแคระเป็นพรมแดนสุดท้ายสำหรับการทดสอบทฤษฎีสสารมืดของเรา" ดร.วาซิลี เบโลคูรอฟ จากสถาบันดาราศาสตร์ หนึ่งในผู้ร่วมวิจัยกล่าว “เราต้องหาพวกมันเพื่อพิจารณาว่าภาพจักรวาลของเรานั้นสมเหตุสมผลหรือไม่ การค้นหาดาวเทียมกลุ่มใหญ่ใกล้เมฆแมคเจลแลนนั้นเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ เนื่องจากการสำรวจท้องฟ้าทางตอนใต้ก่อนหน้านี้พบว่ามีน้อยมาก เราจึงไม่คิดว่าจะสะดุดกับสมบัติดังกล่าว”

The closest of these pieces of ‘treasure’ is 97,000 light years away, about halfway to the Magellanic Clouds, and is located in the constellation of Reticulum, or the Reticle. Due to the massive tidal forces of the Milky Way, it is in the process of being torn apart.

The most distant and most luminous of these objects is 1.2 million light years away in the constellation of Eridanus, or the River. It is right on the fringes of the Milky Way, and is about to get pulled in. According to the Cambridge team, it looks to have a small globular cluster of stars, which would make it the faintest galaxy to possess one.

“These results are very puzzling,” said co-author Wyn Evans, also of the Institute of Astronomy. “Perhaps they were once satellites that orbited the Magellanic Clouds and have been thrown out by the interaction of the Small and Large Magellanic Cloud. Perhaps they were once part of a gigantic group of galaxies that – along with the Magellanic Clouds – are falling into our Milky Way galaxy.”

The Dark Energy Survey is a five-year effort to photograph a large portion of the southern sky in unprecedented detail. Its primary tool is the Dark Energy Camera, which – at 570 megapixels – is the most powerful digital camera in the world, able to see galaxies up to eight billion light years from Earth. Built and tested at Fermilab, the camera is now mounted on the four-metre Victor M Blanco telescope at the Cerro Tololo Inter-American Observatory in the Andes Mountains in Chile. The camera includes five precisely shaped lenses, the largest nearly a yard across, designed and fabricated at University College London (UCL) and funded by the UK Science and Technology Facilities Council (STFC).

The Dark Energy Survey is supported by funding from the STFC, the US Department of Energy Office of Science the National Science Foundation funding agencies in Spain, Brazil, Germany and Switzerland and the participating institutions.

The Cambridge research, funded by the European Research Council, will be published in The Astrophysical Journal.

สิ่งพิมพ์: Accepted in The Astrophysical Journal

PDF Copy of the Studies:

Image: V. Belokurov, S. Koposov (IoA, Cambridge). Photo: Y. Beletsky (Carnegie Observatories)


Family tree of the Milky Way deciphered

Galaxy merger tree of the Milky Way inferred by applying the insights gained from the E-MOSAICS simulations to the Galactic globular cluster population. The main progenitor of the Milky Way is denoted by the trunk of the tree, coloured by its stellar mass. Black lines indicate the five identified satellites. Grey dotted lines illustrate other mergers that the Milky Way is predicted to have experienced, but could not be linked to a specific progenitor. From left to right, the six images along the top of the figure indicate the identified progenitor galaxies: Sagittarius, Sequoia, Kraken, the Milky Way’s Main progenitor, the progenitor of the Helmi streams, and Gaia-Enceladus-Sausage. Credit: D. Kruijssen / Heidelberg University/Licence type: Attribution (CC BY 4.0)

Scientists have known for some time that galaxies can grow by the merging of smaller galaxies, but the ancestry of our own Milky Way galaxy has been a long-standing mystery. Now, an international team of astrophysicists has succeeded in reconstructing the first complete family tree of our home galaxy by analyzing the properties of globular clusters orbiting the Milky Way with artificial intelligence. The work is published in ประกาศประจำเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์.

Globular clusters are dense groups of up to a million stars that are almost as old as the Universe itself. The Milky Way hosts over 150 such clusters, many of which formed in the smaller galaxies that merged to form the galaxy that we live in today. Astronomers have suspected for decades that the old ages of globular clusters would mean that they could be used as "fossils" to reconstruct the early assembly histories of galaxies. However it is only with the latest models and observations that it has become possible to realize this promise.

An international team of researchers led by Dr. Diederik Kruijssen at the Center for Astronomy at the University of Heidelberg (ZAH) and Dr. Joel Pfeffer at Liverpool John Moores University has now managed to infer the Milky Way's merger history and reconstruct its family tree, using only its globular clusters.

To achieve this, they developed a suite of advanced computer simulations of the formation of Milky Way-like galaxies. Their simulations, called E-MOSAICS, are unique because they include a complete model for the formation, evolution, and destruction of globular clusters.

In the simulations, the researchers were able to relate the ages, chemical compositions, and orbital motions of globular clusters to the properties of the progenitor galaxies in which they formed, more than 10 billion years ago. By applying these insights to groups of globular clusters in the Milky Way, they could not only determine how many stars these progenitor galaxies contained, but also when they merged into the Milky Way.

"The main challenge of connecting the properties of globular clusters to the merger history of their host galaxy has always been that galaxy assembly is an extremely messy process, during which the orbits of the globular clusters are completely reshuffled," Kruijssen explains.

"To make sense of the complex system that is left today, we therefore decided to use artificial intelligence. We trained an artificial neural network on the E-MOSAICS simulations to relate the globular cluster properties to the host galaxy merger history. We tested the algorithm tens of thousands of times on the simulations and were amazed at how accurately it was able to reconstruct the merger histories of the simulated galaxies, using only their globular cluster populations."

Inspired by this success, the researchers set out to decipher the merger history of the Milky Way. To achieve this, they used groups of globular clusters that are each thought to have formed in the same progenitor galaxy based on their orbital motion. By applying the neural network to these groups of globular clusters, the researchers could not only predict the stellar masses and merger times of the progenitor galaxies to high precision, but it also revealed a previously unknown collision between the Milky Way and an enigmatic galaxy, which the researchers named "Kraken."

"The collision with Kraken must have been the most significant merger the Milky Way ever experienced," Kruijssen adds. "Before, it was thought that a collision with the Gaia-Enceladus-Sausage galaxy, which took place some 9 billion years ago, was the biggest collision event. However, the merger with Kraken took place 11 billion years ago, when the Milky Way was four times less massive. As a result, the collision with Kraken must have truly transformed what the Milky Way looked like at the time."

Taken together, these findings allowed the team of researchers to reconstruct the first complete merger tree of our Galaxy. Over the course of its history, the Milky Way cannibalized about five galaxies with more than 100 million stars, and about fifteen with at least 10 million stars. The most massive progenitor galaxies collided with the Milky Way between 6 and 11 billion years ago.

The researchers expect their predictions to stimulate future studies to search for the remains of these progenitor galaxies. "The debris of more than five progenitor galaxies has now been identified. With current and upcoming telescopes, it should be possible to find them all," Kruijssen concludes.


Astronomers discover unexplainable gas clouds at Milky Way's center

Cold gases shot out of our galaxy's center challenge our understanding of the galactic wind.

The core of the Milky Way is windy and mysterious.

The center of the Milky Way, where our galaxy's supermassive black hole lies, is a weather forecaster's dream. It's easy to remember "always windy." The region is volatile, filled with gas clouds and high-energy particles whipped up by the black hole, Sagittarius A* (Sgr A*), and stars close to the galactic center. This creates a wind of gases that shoot out deeper into the galaxy and eventually into the dark void of space.

Astronomers have found evidence for hot, warm and cool gases in the wind, ranging in temperatures from around 1,000 degrees Fahrenheit to as high as almost 2 million degrees Fahrenheit. In a study, published in the journal Nature on Wednesday, researchers report the existence of หนาว gas clouds, challenging some of the beliefs about the processes in our galaxy's core.

Stay in the know

"The standard explanations for the Milky Way's wind are that it is either driven out by an explosive event associated with the black hole or the winds from supernovae and stars," says Naomi McClure-Griffiths, an astrophysicist at the Australian National University and co-author of the new study.

"Yet, neither of them work to explain these clouds."

McClure-Griffiths notes galactic winds are an important process in the life cycle of galaxies. Understanding what might be happening in our galactic center will help us answer lingering questions about how galaxies evolve over time. To understand what might be happening in the wind surrounding the galactic center, the research team pointed both the Atacama Pathfinder Experiment (APEX) telescope in the Chilean desert and the Australia Telescope Compact Array at clouds within a region of the galaxy known as the Fermi bubbles.

These bubbles form the outer limits of the galactic wind and are gargantuan, extending about 50,000 light years from the Milky Way's disk. If you could observe the galaxy from the outside, you'd be looking at something akin to a pizza resting on a soccer ball, with a second soccer ball balanced on top of the pizza. Delicious?

The research team analyzed two clouds within the bubbles, known as MW-C1 and MW-C2. By looking for the telltale radio signature of carbon monoxide they could characterize the clouds and resolve some of their features. They discovered the gases were much colder than previously described gases in the Milky Way's wind and we're moving very quickly.

"In terms of temperature, the difference between hot and cold gas is about a factor of 1,000," says McClure-Griffiths. She notes the cold gas is around -350 degrees Fahrenheit and "very dense," which makes it a lot more difficult to move compared to the diffuse, hot gas.

"A way to think of this is that you can blow smoke away from your face but you couldn't blow a rock away from your face," she says.

Studying other galaxies, previous research has shown the presence of cold gas clouds, but they are found in galaxy's unlike our own, with bigger black holes and much great star formation activity. Previously described processes in the Milky Way's center suggest the clouds shouldn't be able to survive being shot out of the core like this, so the discovery is a puzzling one. "We really don't know what's going on now!" notes McClure-Griffiths.

But, she says, her true love is understanding how things work -- and the center of the Milky Way provides a fabulous laboratory to examine how the galactic wind works. Future work will examine more clouds in an effort to resolve how they persist after being rocketed out of the galactic center.

"We have an approved project with the European Southern Observatory on the APEX telescope to look for many more clouds," says McClure-Griffiths. "With a bigger sample over a wider area of the sky we expect to be able to understand what the physical processes are."


Satellite galaxies of the Milky Way help test dark matter theory

RIVERSIDE, Calif. -- A research team led by physicists at the University of California, Riverside, reports tiny satellite galaxies of the Milky Way can be used to test fundamental properties of "dark matter" -- nonluminous material thought to constitute 85% of matter in the universe.

Using sophisticated simulations, the researchers show a theory called self-interacting dark matter, or SIDM, can compellingly explain diverse dark matter distributions in Draco and Fornax, two of the Milky Way's more than 50 discovered satellite galaxies.

The prevailing dark matter theory, called Cold Dark Matter, or CDM, explains much of the universe, including how structures emerge in it. But a long-standing challenge for CDM has been to explain the diverse dark matter distributions in galaxies.

The researchers, led by UC Riverside's Hai-Bo Yu and Laura V. Sales, studied the evolution of SIDM "subhalos" in the Milky Way "tidal field" -- the gradient in the gravitational field of the Milky Way that a satellite galaxy feels in the form of a tidal force. Subhalos are dark matter clumps that host the satellite galaxies.

"We found SIDM can produce diverse dark matter distributions in the halos of Draco and Fornax, in agreement with observations," said Yu, an associate professor of physics and astronomy and a theoretical physicist with expertise in particle properties of dark matter. "In SIDM, the interaction between the subhalos and the Milky Way's tides leads to more diverse dark matter distributions in the inner regions of subhalos, compared to their CDM counterparts."

Draco and Fornax have opposite extremes in their inner dark matter contents. Draco has the highest dark matter density among the nine bright Milky Way satellite galaxies Fornax has the lowest. Using advanced astronomical measurements, astrophysicists recently reconstructed their orbital trajectories in the Milky Way's tidal field.

"Our challenge was to understand the origin of Draco and Fornax's diverse dark matter distributions in light of these newly measured orbital trajectories," Yu said. "We found SIDM can provide an explanation after taking into both tidal effects and dark matter self-interactions."

Study results appear in Physical Review Letters.

Dark matter's nature remains largely unknown. Unlike normal matter, it does not absorb, reflect, or emit light, making it difficult to detect. Identifying the nature of dark matter is a central task in particle physics and astrophysics.

In CDM, dark matter particles are assumed to be collisionless, and every galaxy sits within a dark matter halo that forms the gravitational scaffolding holding it together. In SIDM, dark matter is proposed to self-interact through a new dark force. Dark matter particles are assumed to strongly collide with one another in the inner halo, close to the galaxy's center -- a process called dark matter self-interaction.

"Our work shows satellite galaxies of the Milky Way may provide important tests of different dark matter theories," said Sales, an assistant professor of physics and astronomy and an astrophysicist with expertise in numerical simulations of galaxy formation. "We show the interplay between dark matter self-interactions and tidal interactions can produce novel signatures in SIDM that are not expected in the prevailing CDM theory."

In their work, the researchers mainly used numerical simulations, called "N-body simulations," and obtained valuable intuition through analytical modeling before running their simulations.

"Our simulations reveal novel dynamics when an SIDM subhalo evolves in the tidal field," said Omid Sameie, a former UCR graduate student who worked with Yu and Sales and is now a postdoctoral researcher at the University of Texas at Austin working on numerical simulations of galaxy formation. "It was thought observations of Draco were inconsistent with SIDM predictions. But we found a subhalo in SIDM can produce a high dark matter density to explain Draco."

Sales explained SIDM predicts a unique phenomenon named "core collapse." In certain circumstances, the inner part of the halo collapses under the influence of gravity and produces a high density. This is contrary to the usual expectation that dark matter self-interactions lead to a low-density halo. Sales said the team's simulations identify conditions for the core collapse to occur in subhalos.

"To explain Draco's high dark matter density, its initial halo concentration needs to be high," she said. "More dark matter mass needs to be distributed in the inner halo. While this is true for both CDM and SIDM, for SIDM the core-collapse phenomenon can only occur if the concentration is high so that the collapse timescale is less than the age of the universe. On the other hand, Fornax has a low-concentrated subhalo, and hence its density remains low."

The researchers stressed their current work mainly focuses on SIDM and does not make a critical assessment on how well CDM can explain both Draco and Fornax.

After the team used numerical simulations to properly take into account the dynamical interplay between dark matter self-interactions and tidal interactions, the researchers observed a striking result.

"The central dark matter of an SIDM subhalo could be increasing, contrary to usual expectations," Sameie said. "Importantly, our simulations identify conditions for this phenomenon to occur in SIDM, and we show it can explain observations of Draco."

The research team plans to extend the study to other satellite galaxies, including ultrafaint galaxies.

Yu, Sales, and Sameie were joined in the study by Mark Vogelsberger of the Massachusetts Institute of Technology and Jesús Zavala of the University of Iceland. Sameie is the first author of the research paper.

The research was supported by grants from the U.S. Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, NASA MIRO FIELDS Fellowship, National Science Foundation, the Hellman Fellow Foundation, and Icelandic Research Fund.

The University of California, Riverside (http://www. ucr. edu) is a doctoral research university, a living laboratory for groundbreaking exploration of issues critical to Inland Southern California, the state and communities around the world. Reflecting California's diverse culture, UCR's enrollment is more than 24,000 students. The campus opened a medical school in 2013 and has reached the heart of the Coachella Valley by way of the UCR Palm Desert Center. The campus has an annual statewide economic impact of almost $2 billion. To learn more, email [email protected]

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: AAAS และ EurekAlert! จะไม่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของข่าวที่โพสต์ไปยัง EurekAlert! โดยการสนับสนุนสถาบันหรือการใช้ข้อมูลใด ๆ ผ่านระบบ EurekAlert


ดูวิดีโอ: rimska osvajanja (กุมภาพันธ์ 2023).